CN202546698U - 太阳能蒸汽集热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能蒸汽集热系统，所述太阳能蒸汽集热系统包括真空集热管装置、变频高频电锅炉、数控电脑控制装置和水预处理设备，真空集热管装置、变频高频电锅炉、水预处理设备相互联通，数控电脑控制装置控制真空管集热装置、水预处理设备、变频高频电锅炉的运行，所述真空集热管装置由大空隙真空集热管部件和Z字型联集管部件组成，大空隙真空集热管部件由大空隙真空集热管和带翅片的U型热交换管组成，所述大空隙真空集热管的真空保温层厚度为大空隙真空集热管外管厚度的八倍以上。本实用新型具有集热温度高、保温效果好，热能转换利用率高，结构合理，性价比高等特点。

Description

太阳能蒸汽集热系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能蒸汽集热系统。 

背景技术

能源是人类社会发展的首要要素，随着全球人口的快速增长和现代工业的极速发展，能源供需矛盾日益突出，人类过度的资源开采和使用中污染物的大量排放，严重影响到了我们赖以生存的自然环境；所以寻求绿色、环保、可再生能源早已引起世界各国的高度重视。 

太阳能作为新能源的研究和开发利用，自二十世纪五十年代起世界各国的科学家，就如何吸收太阳的热能和热能转换，进行了大量的探索研究，八十年代真空集热技术的成功为太阳能的利用创造了条件。但是现有技术中的真空太阳能蒸汽集热系统多为低温真空集热器，只是利用太阳能向人们提供一些生活热水，有效利用率低下；根本无法为大量需要高温热能的工农业生产服务（利用太阳能提供高温蒸汽），虽有聚焦高温集热器在能源转换中使用，但因产品结构、安装条件和其投资成本而无法推广应用到大量需要节能减排的工农业生产中去。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，所要解决的第一个技术问题是，通过真空集热管和集热体联集的改进，从而使太阳能蒸汽集热系统处于高温工作状态，通过低压真空热交换技术，实现直接利用太阳能热生产高温蒸汽为工农业生产服务，使太阳能真正成为可替代矿物能的绿色新能源。本实用新型所要解决的另一个问题是通过变频高频电锅炉的使用，从而提高电锅炉的加热速度和效率，同时更好地提高锅炉使用安全性和使用寿命。 

本实用新型解决上述第一个技术问题所采用的技术方案是：该太阳能蒸汽集热系统，包括真空集热管装置、变频高频电锅炉、数控电脑控制装置和水预处理设备，真空集热管装置、变频高频电锅炉、水预处理设备通过联接管路相互联通，数控电脑控制装置与真空管集热装置、水预处理设备、变频高频电锅炉均电连接并控制真空管集热装置、水预处理设备、变频高频电锅炉的运行，其特征是所述真空集热管装置由大空隙真空集热管部件和Z型联集管部件组成，大空隙真空集热管部件由大空隙真空集热管和带翅片的U型热交换管组成，Z型联集管部件由软接或硬接Z字型管件和带保温层的外壳组成。所述大空隙真空集热管的真空保温层厚度为大空隙真空集热管外管厚度的八倍以上。 

本实用新型所述水预处理设备包括软水器、储热水箱、管道、出气管、热水循环管，所述数控电脑控制装置包括电脑控制器、注水流量阀、出气阀、第一热水循环阀、第二热水循环阀、第一排空阀、第二排空阀、补水阀、电源系统、第一注水泵、第二注水泵、排空泵、集热管温度传感器、水箱水位传感器、水箱温度传感器、水箱加热器，集热管温度传感器安装在Z型联集管部件出口端，水箱水位传感器、水箱温度传感器安装在储热水箱内，注水流量阀、第一热水循环阀的进水口联通至第二注水泵出水口，第二注水泵进水口与储热水箱联通，注水流量阀、第一热水循环阀出水口与真空管集热装置一端联通，真空管集热装置一端与排空泵进水口联通，排空泵出水口与第一排空阀进水口联通，第一排空阀出水口与储热水箱联通，真空管集热装置另一端安装有第二排空阀，真空管集热装置另一端与储热水箱之间联接有热水循环管，第二热水循环阀安装在热水循环管上，真空管集热装置另一端与变频高频电锅炉之间通过出气管联通，出气管上安装有出气阀，软水器与储热水箱之间的联接管路上安装有补水阀，变频高频电锅炉与数控电脑控制装置之间的联接管路上安装有第一注水泵，水箱加热器安装储热水箱中，电脑控制器与电源系统电连接构成控制器，控制器与注水流量阀、出气阀、第一热水循环阀、第二热水循环阀、第一排空阀、第二排空阀、补水阀、第二注水泵、排空泵、集热管温度传感器、水箱水位传感器、水箱温度传感器、水箱加热器和变频高频电锅炉均电连接，电脑控制器中设置有信号放大器，信号放大器的输入与温度传感仪电连接，电源系统中设置有调频器，信号放大器的输出与调频器输入电连接，调频器的输出与感应加热器电连接。 

本实用新型所述变频高频电锅炉包括高频发生器、液位控制器、电接点压力表、温度传感仪、气水分离装置、电锅炉炉体和感应加热器，气水分离装置通过联接管路与电锅炉炉体联通，高频发生器、液位控制器、电接点压力表、温度传感仪、气水分离装置和感应加热器均安装在电锅炉炉体内，高频发生器、电接点压力表、温度传感仪和感应加热器均与控制器电连接，液位控制器与第一注水泵电连接。 

本实用新型数控电脑控制装置还设置有一个集热管第二温度传感器，集热管第二温度传感器安装在真空管集热装置的中部或者中上部，集热管第二温度传感器与控制器电连接。 

本实用新型数控电脑控制装置还设置有显示装置，显示装置与控制器电连接。 

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及效果：1、大空隙全玻真空集热管提高了集热温度和保温效果，热能转换利用率达到90％以上；2、制造工艺简单、结构设计科学合理，产品性价比优势显著，与现有太阳能蒸汽集热装置比，可节减投资达50％以上；3、全程自动化控制，实现了太阳能与蒸汽锅炉的有机结合，使太阳能真正成为可供使用的绿色新能源；4、整体结构简单、安装方便，不受地理气候环境条件限制，为工农业生产耗能大户进行节能减排技改，提供了一种经济、安全、可靠的绿色环保产品。 

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。 

图 2为本实用新型实施例真空管集热装置的结构和连接关系示意图。 

图 3为本实用新型实施例大空隙真空集热管部件的结构示意图。 

图 4为图3所示大空隙真空集热管的A-A剖视放大示意图。 

图 5为本实用新型实施例变频高频电锅炉的结构和连接关系示意图。 

图 6为本实用新型实施例水预处理设备的结构和连接关系示意图。 

图7为本实用新型实施例的电路原理示意图。 

图 8为本实用新型施施例的变频电流原理示意图。 

具体实施方式

参见图1～图8，本实用新型实施例太阳能蒸汽集热系统，主要由真空管集热装置Ⅰ、变频高频电锅炉Ⅱ、数控电脑控制装置Ⅲ和水预处理设备Ⅳ组成，真空管集热装置Ⅰ、水预处理设备Ⅳ、变频高频电锅炉Ⅱ通过联接管路相互联通，数控电脑控制装置Ⅲ与真空管集热装置Ⅰ、水预处理设备Ⅳ、变频高频电锅炉Ⅱ均电连接并控制真空管集热装置Ⅰ、水预处理设备Ⅳ、变频高频电锅炉Ⅱ的运行，真空管集热装置Ⅰ可以安装在阳光充足的屋面、墙面或空旷的地面，其余设备安装在室内。 

真空管集热装置Ⅰ由大空隙真空集热管部件Ⅰ-1和Z型联集管部件Ⅰ-2组成，大空隙真空集热管部件Ⅰ-1由大空隙真空集热管1和带翅片的U型热交换管2组成，Z型联集管部件Ⅰ-2由接管3、带保温层的外罩8组成。本实施例大空隙真空集热管1的真空保温层4厚度（大空隙真空集热管1外管与内管之间沿直径方向的距离）L≥8*D（D为大空隙真空集热管1外管的厚度，下同，参见图4），该改进使得当集热温度（指U型热交换管2内的温度）达到250℃高温时大空隙真空集热管1外管表面温度仍然保持在常温状态（即在环境温度±2℃以内，现有真空管的集热保温空间厚度通常≤2*D，当集热温度达到“150℃”时集热管表面温度通常达到38℃，高温效率明显下降），通过Z型联集管部件Ⅰ-2将大空隙真空集热管1串集成巨型太阳能集热体（太阳能靠面积收集能量，只有足够大的集热面积才能提供可用蒸汽），通过数控电脑控制装置Ⅲ，将储热水箱25中的高温热水注入真空管集热装置Ⅰ进行沸腾气化，此时高温蒸汽则从出气管12流出。 

变频高频电锅炉Ⅱ包括高频发生器13、液位控制器14、电接点压力表15、温度传感仪16、气水分离装置17、电锅炉炉体18（为带保温外壳的不锈钢炉体）和感应加热器19。气水分离装置17通过联接管路与电锅炉外壳18联通，高频发生器13、液位控制器14、电接点压力表15、温度传感仪16、气水分离装置17和感应加热器19均安装在电锅炉炉体18内。水预处理设备Ⅳ包括带树脂交换剂的软水器23、储热水箱25、管道34、出气管12、热水循环管11。水预处理设备Ⅳ可采用现有技术实现。 

数控电脑控制装置Ⅲ包括电脑控制器20、注水流量阀27、出气阀10、第一热水循环阀28、第二热水循环阀9、第一排空阀29、第二排空阀33、补水阀22、电源系统21、第一注水泵24、第二注水泵26、排空泵30、集热管温度传感器5、水箱水位传感器31、水箱温度传感器32、水箱加热器36和显示装置35，显示装置35可采用显示器或指示灯。集热管温度传感器5安装在Z型联集管部件Ⅰ-2的出口端，水箱水位传感器31安装在储热水箱25内，注水流量阀27、第一热水循环阀28的进水口联通至第二注水泵26出水口，第二注水泵26进水口与储热水箱25联通，注水流量阀27、第一热水循环阀28出水口与真空管集热装置Ⅰ一端联通，真空管集热装置Ⅰ一端与排空泵30进水口联通，排空泵30出水口与第一排空阀29进水口联通，第一排空阀29出水口与储热水箱25联通，真空管集热装置Ⅰ另一端安装有第二排空阀33，真空管集热装置Ⅰ另一端与储热水箱25之间联接有热水循环管11，第二热水循环阀9安装在热水循环管11上（靠近真空管集热装置Ⅰ的位置），真空管集热装置Ⅰ另一端与变频高频电锅炉Ⅱ之间通过出气管12联通，出气管12上安装有出气阀10，软水器23与储热水箱25之间的联接管路上安装有补水阀22，变频高频电锅炉Ⅱ与数控电脑控制装置Ⅲ之间的联接管路上安装有第一注水泵24，液位控制器14与第一注水泵24电连接用来自动控制电锅炉中的水位，当电锅炉炉体18中的水位低于液位控制器14加水位置，第一注水泵24打开，对电锅炉进行补水；当电锅炉炉体18中的水位高于液位控制器14停止加水位置，第一注水泵24关闭，停止电锅炉的加水。水箱加热器36安装储热水箱25中，当储热水箱25中的水温比较低，需要加热时，可启动水箱加热器36。电脑控制器20与电源系统21电连接构成控制器，控制器与注水流量阀27、出气阀10、第一热水循环阀28、第二热水循环阀9、第一排空阀29、第二排空阀33、补水阀22、第一注水泵24、第二注水泵26、排空泵30、集热管温度传感器5、水箱水位传感器31、水箱温度传感器32、显示装置35和变频高频电锅炉Ⅱ的高频发生器13、电接点压力表15、温度传感仪16和感应加热器19均电连接。电脑控制器20中设置有信号放大器20-1，信号放大器20-1输入与温度传感仪16电连接，电源系统21中设置有调频器21-1，信号放大器20-1的输出与调频器21-1输入电连接，调频器21-1的输出与感应加热器19电连接，调整输出电流的大小，产生补充能源和节省能源的技术效果。数控电脑控制装置Ⅲ根据操作命令和采集到的信息，经控制器信息处理后将信号送至所需的控制终端，实现自动控制。数控电脑控制装置Ⅲ可采用现有技术实现，并将工作状态在显示装置35上。 

本实用新型实施例的加热控制方法过程为：开机（打开系统电源）；循环采样并根据采样结果控制执行；关机（关闭系统电源）。加热控制方法为：开机（打开系统电源）；循环采样并根据采样结果控制执行；关机（关闭系统电源）。所述循环采样并根据采样结果控制执行步骤包括以下步骤：数控电脑控制装置Ⅲ采集数据（采集集热管温度传感器5、液位控制器14、电接点压力表15、温度传感仪16、水箱水位传感器31、水箱温度传感器32的数据）；当集热管温度传感器5采集的温度达到（所述达到指温度从低位上升到，下同）设定的循环温度时（特例是70～95摄氏度），数控电脑控制装置Ⅲ控制第一热水循环阀28、第二热水循环阀9、第二注水泵26启动，储热水箱25中的水通过真空管集热装置Ⅰ循环升温；当集热管温度传感器5采集的温度高于设定的预热温度时（特例是95摄氏度），数控电脑控制装置Ⅲ控制第一热水循环阀28、第二热水循环阀9、第二注水泵26关闭；当集热管温度传感器5采集的温度达到设定的供气温度时（特例是140摄氏度），真空管集热装置Ⅰ中的水大量沸腾气化成蒸汽，数控电脑控制装置Ⅲ控制出气阀10打开，蒸汽经变频高频电锅炉Ⅱ的电锅炉炉体18和气水分离装置17送入蒸汽锅炉供用户使用，同时数控电脑控制装置Ⅲ控制注水流量阀27、第二注水泵26启动；当温度传感仪16采集的电锅炉炉体18中蒸汽的温度发生变化超出设定的蒸汽温度范围（特例为140摄氏度～170摄氏度）时，数控电脑控制装置Ⅲ通过注水流量阀27自动调节真空管集热装置Ⅰ进水流量，恒定出气温度；当电接点压力表15采集的电锅炉炉体18中的压力小于设定的供气压力（特例在0.2～0、8兆帕）时，数控电脑控制装置Ⅲ控制感应加热器19启动并调节感应加热器19的电流大小，通过电锅炉加热来实现连续供气；当水箱水位传感器31采集的储热水箱25的水位低于设定的水箱补水水位，数控电脑控制装置Ⅲ控制补水阀22打开，对储热水箱25进行补水；当水箱水位传感器31采集的储热水箱25的水位达到设定的水箱上限水位，数控电脑控制装置Ⅲ控制补水阀22关闭，停止储热水箱25的补水；当集热管温度传感器5采集的温度（从高于130摄氏度）下降到130摄氏度以下且高于水箱温度传感器32采集的储热水箱25中的水温时，数控电脑控制装置Ⅲ控制注水流量阀27、出气阀10关闭，第一热水循环阀28、第二热水循环阀9、第二注水泵26启动，满负荷起动变频高频电锅炉Ⅱ加热供气，同时利用太阳能将储热水箱25中的水循环加热；当集热管温度传感器5采集的温度与水箱温度传感器32采集的储热水箱25水温相同时，数控电脑控制装置Ⅲ控制热水循环系统停止热交换（即关闭第一热水循环阀28、第二热水循环阀9、第二注水泵26）；第一排空阀29、第二排空阀33打开，排空泵30将真空管集热装置Ⅰ中的存水送入储热水箱25，实现余热充分利用，然后关闭第一排空阀29、第二排空阀33、排空泵30；转到数控电脑控制装置Ⅲ采集数据（集热管温度传感器5、液位控制器14、电接点压力表15、温度传感仪16、水箱水位传感器31、水箱温度传感器32的数据）步骤，周而复始循环执行，实现无人化管理。本发明实施例循环采样并根据采样结果控制执行中的某些步骤可以并行执行，那个条件满足即进行那步操作。 

需要说明的是，图1是本实施例的示意图，实际使用应根据具体需求蒸汽量经过计算，进行组合排列。在真空集热面积比较大的情况下，数控电脑控制装置Ⅲ还可设置一个集热管第二温度传感器37，集热管第二温度传感器37安装在真空管集热装置Ⅰ的中部或者中上部，集热管第二温度传感器37用来采集真空管集热装置Ⅰ中部或中上部的温度，当温度传感仪16采集的电锅炉炉体18中蒸汽的温度在设定的蒸汽温度范围内同时集热管温度传感器5与集热管第二温度传感器37的温度差达到设定温度差（特例20摄氏度）时，根据温度差的大小进行注水流量阀27流量的调节（例如温度差每升高5摄氏度注水流量阀27加大一格，相当于阀门角度加大5%，温度差每下降5摄氏度注水流量阀27减小一格，温度差低于20摄氏度注水流量阀27不变），好处是提前进行注水流量阀27的调控，确保变频高频电锅炉Ⅱ稳定运行，避免频繁起动。 

本实用新型技术特征或技术方案的简单变形和组合，应认为落入本实用新型的保护范围。 

Claims (5)

1.一种太阳能蒸汽集热系统，包括真空集热管装置、变频高频电锅炉、数控电脑控制装置和水预处理设备，真空集热管装置、变频高频电锅炉、水预处理设备通过联接管路相互联通，数控电脑控制装置与真空管集热装置、水预处理设备、变频高频电锅炉均电连接并控制真空管集热装置、水预处理设备、变频高频电锅炉的运行，其特征是：所述真空集热管装置由大空隙真空集热管部件和Z型联集管部件组成，大空隙真空集热管部件由大空隙真空集热管和带翅片的U型热交换管组成，所述大空隙真空集热管的真空保温层厚度为大空隙真空集热管外管厚度的八倍以上。

2.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽集热系统，其特征是：所述水预处理设备包括软水器、储热水箱、管道、出气管、热水循环管，所述数控电脑控制装置包括电脑控制器、注水流量阀、出气阀、第一热水循环阀、第二热水循环阀、第一排空阀、第二排空阀、补水阀、电源系统、第一注水泵、第二注水泵、排空泵、集热管温度传感器、水箱水位传感器、水箱温度传感器、水箱加热器，集热管温度传感器安装在Z型联集管部件出口端，水箱水位传感器、水箱温度传感器安装在储热水箱内，注水流量阀、第一热水循环阀的进水口联通至第二注水泵出水口，第二注水泵进水口与储热水箱联通，注水流量阀、第一热水循环阀出水口与真空管集热装置一端联通，真空管集热装置一端与排空泵进水口联通，排空泵出水口与第一排空阀进水口联通，第一排空阀出水口与储热水箱联通，真空管集热装置另一端安装有第二排空阀，真空管集热装置另一端与储热水箱之间联接有热水循环管，第二热水循环阀安装在热水循环管上，真空管集热装置另一端与变频高频电锅炉之间通过出气管联通，出气管上安装有出气阀，软水器与储热水箱之间的联接管路上安装有补水阀，变频高频电锅炉与数控电脑控制装置之间的联接管路上安装有第一注水泵，水箱加热器安装储热水箱中，电脑控制器与电源系统电连接构成控制器，控制器与注水流量阀、出气阀、第一热水循环阀、第二热水循环阀、第一排空阀、第二排空阀、补水阀、第二注水泵、排空泵、集热管温度传感器、水箱水位传感器、水箱温度传感器、水箱加热器和变频高频电锅炉均电连接，电脑控制器中设置有信号放大器，信号放大器的输入与温度传感仪电连接，电源系统中设置有调频器，信号放大器的输出与调频器输入电连接，调频器的输出与感应加热器电连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能蒸汽集热系统，其特征是：所述变频高频电锅炉包括高频发生器、液位控制器、电接点压力表、温度传感仪、气水分离装置、电锅炉炉体和感应加热器，气水分离装置通过联接管路与电锅炉炉体联通，高频发生器、液位控制器、电接点压力表、温度传感仪、气水分离装置和感应加热器均安装在电锅炉炉体内，高频发生器、电接点压力表、温度传感仪和感应加热器均与控制器电连接，液位控制器与第一注水泵电连接。

4.根据权利要求2或3所述的太阳能蒸汽集热系统，其特征是：数控电脑控制装置还设置有一个集热管第二温度传感器，集热管第二温度传感器安装在真空管集热装置的中部或者中上部，集热管第二温度传感器与控制器电连接。

5.根据权利要求2或3所述的太阳能蒸汽集热系统，其特征是：数控电脑控制装置还设置有显示装置，显示装置与控制器电连接。

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